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BOMBAS DE LODO
ING. LUIS MENDOZA
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INTRODUCCIN
La bomba de lodo es el componente primario del sistema de circulacin, ella provee la fuerza de impulsin requerida para mover la columna de lodo desde la superficie hasta la mecha, y de regreso hasta la superficie, la bomba de lodo es tambin uno de los elementos crticos del programa hidrulico.
Hay dos razones importantes relacionadas con la aplicacin hidrulica de la bomba de lodo, una de ellas es la limpieza de la formacin por debajo de la mecha, y la otra es la remocin inmediata de los ripios cortado por la misma. En este manual se tratarn estos aspectos al igual que los relacionados con el sistema de amortiguacin, vlvulas de alivio.
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EVOLUCIN DESDE BOMBAS
DUPLEX HASTA BOMBAS
TRIPLEX
A principio de los aos cincuenta, la introduccin de mechas equipadas con chorros cambi la aplicacin de la hidrulica en la perforacin. De repente, las exigencias de presiones de circulacin aumentaron hasta 3.500 lppc.
La repuesta de los fabricantes de bombas de lodo, ante esta situacin fue disear equipos con ms caballaje, los cuales resultaron muy costosos. Las bombas tenan recorridos de emboladas y vstagos ms largos, extremos de potencia ms pesados etc.
Las bombas duplex se volvieron equipos sumamente incomodos y pesados.
Las bombas triplex de pequeo dimetro ya existan desde hace tiempo para operaciones de reparacin y rehabilitacin de pozos. Se utilizaban para operaciones de fracturamiento. Los fabricantes de bombas vieron en el diseo de la bomba triplex la repuesta ideal para las necesidades del momento, ya que estas bombas eran capaces de trabajar hasta con 10.000 lppc.
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EVOLUCIN DESDE BOMBAS
DUPLEX HASTA BOMBAS
TRIPLEX Las potentes bombas de lodo, toman el fluido de los tanques de
succin y lo hacen circular dentro de la sarta de perforacin fuera de la mecha y de vuelta a la superficie. Aunque los equipos de perforacin tienen normalmente dos bombas de lodo y algunas veces tres y cuatro, por lo general solo usan una sola bomba a la vez, las otras se usan principalmente como reserva en caso de que una falle, algunas veces sin embargo, las operaciones del equipo de perforacin pueden combinar las bombas o sea, pueden usar dos, tres o cuatro bombas al mismo tiempo para poder mover grandes volmenes de lodo cuando se requiera.
Las bombas triplex tienen tres pistones que se mueven para atrs y para adelante en las camisas, las bombas duplex tienen dos pistones que se mueven de igual forma. Las bombas triplex tienen muchas ventajas con respecto a las bombas duplex.
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EVOLUCIN DESDE BOMBAS
DUPLEX HASTA BOMBAS
TRIPLEX
Pesan un 30% menos que una duplex con los mismos caballos de fuerza.
Las partes de peso ms ligero son ms fciles de manejar y por lo tanto ms fciles de mantener.
Cuestan menos utilizarlas. El lado de fluidos es accesible. Descargan lodo ms suavemente o sea la salida de una
bomba triplex no produce tantas sacudidas como la de una bomba duplex.
Pueden mover grandes volmenes de lodo a altas presiones requeridas en las perforaciones modernas de pozos ms profundos.
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BOMBAS TRIPLEX
Son bombas que tienen tres pistones que descargan lodo solamente cuando los pistones avanzan dentro de la camisa, despus de retroceder introducen lodo en el mismo lado del pistn, debido a esto se llaman bombas de accin simple, bombean lodo a una velocidad relativamente alta. Los valores de potencia de entrada varan de 220 a 2200 HP (caballos de fuerza) las bombas grandes pueden tienen una presin mxima de trabajo de 7.000 lppc con camisa de 5.
Las bombas triplex tienen tres pistones movindose cada pistn en su propia camisa, tambin tienen tres vlvulas de entrada y tres de descarga y un amortiguador en el conducto de descarga. Los tres pistones trabajan conjuntamente para mantener un flujo continuo del lodo que entra y sale de la bomba.
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BOMBAS TRIPLEX
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Funcionamiento de una Bomba
Triplex
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BOMBAS TRIPLEX
Los operarios pueden cambiar las camisas y los
pistones y no solamente pueden cambiar los
inservibles si no tambin instalarlos de
diferentes tamaos. Normalmente las bombas
usan camisas y pistones grandes cuando se
necesitan mover grandes volmenes de lodo a
presiones relativamente bajas, usan camisas y
pistones pequeos cuando se necesita mover
volmenes ms pequeos de lodo a presiones
relativamente altas.
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COMPONENTES DE LA BOMBA
TRIPLEX Una bomba de lodo tiene una seccin de fluidos, otra de
fuerza, vlvulas de entrada y de descarga. La seccin de fluidos contiene los pistones con las camisas que introducen y descargan los lodos, los pistones de la bomba aspiran el lodo a travs de las vlvulas de entrada y lo expulsan a travs de las vlvulas de descarga. La seccin de fuerza, aloja el cigeal y el montaje de engranaje que mueven los pistones que a su vez estn montados en la seccin de fluidos. La potencia de la bomba se alimenta por un motor, los equipos de perforacin modernos y grandes utilizan potentes motores elctricos para accionar las bombas, los equipos de perforacin mecnicos utilizan la transmisin por cadenas o correas de potencia para accionar las bombas.
Un amortiguador conectado al tubo de descarga del lodo suaviza el vaco formado por los pistones cuando descargan el lodo.
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COMPONENTES DE LA BOMBA
TRIPLEX
AMORTIGUADOR DE PULSACIN (DAMPER)
Este es un amortiguador estandar de vejiga, la vejiga en el cuerpo del amortiguador separa el nitrgeno presurizado de la parte de arriba del lodo en la parte inferior de la vejiga, esta vejiga est fabricada de fibra sinttica la cual la hace muy flexible, cuando la presin de descarga del lodo empuja contra la parte inferior de la vejiga la presin del nitrgeno en su parte superior lo resiste, esta resistencia amortigua las sacudidas del lodo al salir de la bomba.
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AMORTIGUADOR DE
PULSACIN (DAMPER)
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AMORTIGUADOR DE
PULSACIN (DAMPER)
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Otro tipo de amortiguador de
Pulsacin (DAMPER)
Otro tipo de amortiguador de pulsacin (DAMPER) que no tiene vejiga y es una esfera de unos 4 pies de dimetro que se encuentra instalado en la lnea de descarga de la bomba de lodo, la gran cmara est llena de lodo y no tiene piezas mviles por lo que no requiere mantenimiento, el lodo en esta esfera de gran capacidad absorbe las sacudidas del lodo al salir de la bomba.
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Otro tipo de amortiguador de
Pulsacin (DAMPER)
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Amortiguador en la succin
(SUCTION DAMPER)
Un amortiguador en la succin (SUCTION DAMPER) suaviza el flujo del lodo que entra en la bomba, los operarios montan este amortiguador en la lnea de succin de la bomba de lodo triplex, dentro de la cmara de acero hay una vejiga o un diafragma de caucho cargado de aire con una presin de 10 a 15 lppc. El amortiguador en la succin absorbe las sacudidas de la lnea de succin de las bombas de lodo, originada por el rpido movimiento de los pistones de la bomba, los pistones inician y detienen constantemente el flujo de lodo a travs de la bomba.
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Damper de Succin
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BOMBA DE PRECARGA
Al otro extremo de la lnea de succin una
BOMBA DE PRECARGA, enva un flujo
constante de lodo a la entrada de la
bomba. Cuando este flujo constante se
encuentra con las pulsaciones, el impacto
lo absorbe el amortiguador.
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VLVULA DE SEGURIDAD EN
LA LNEA DE DESCARGA DE
EMERGENCIA
Los operarios instalan una VLVULA DE SEGURIDAD EN LA LNEA DE DESCARGA DE EMERGENCIA, la instalan en el lado de emergencia de la bomba o junto a la lnea de descarga. Si por alguna razn se produce demasiada presin en la lnea de descarga quizs por obstruccin en la mecha o en el espacio anular del pozo, se abre la vlvula de seguridad. Esta vlvula protege a la bomba y a los sistemas de lodo contra los daos por sobre presin.
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VLVULA DE SEGURIDAD EN
LA LNEA DE DESCARGA DE
EMERGENCIA
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BOMBAS DUPLEX
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EFICIENCIA VOLUMETRICA DE
LA BOMBA DE LODO
La eficiencia volumtrica de la bomba de lodo es la relacin entre el volumen terico que debera bombear y el volumen real que bombea. Esta relacin se expresa como un porcentaje.
En general, el porcentaje de eficiencia volumtrica aceptado por PDVSA es de 95% para bombas triplex y 80% para bombas duplex.
Cules son las situaciones que modifican el factor de eficiencia volumtrica?
Dos tipos de situaciones afectan el volumen real bombeado:
*Desgaste interno o mal funcionamiento en uno o varios componentes del extremo de fluido.
* Lodo cortado por gas o por aire.
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EFICIENCIA VOLUMETRICA DE
LA BOMBA DE LODO
El desgaste interno de vlvulas, pistones etc.. es un fenmeno natural, pero es difcil apreciar el valor exacto de este desgaste, el cual afecta el rendimiento de la bomba.
Cuando el lodo contiene pequeos volmenes de gas o de aire, esta situacin afecta tambin el rendimiento de la bomba.
Cmo puede el lodo de perforacin contener aire?
El aire entra al sistema activo por los embudos de mezcla, por la accin de remolino de los mezcladores etc.. El gas proviene de las formaciones perforadas.
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EFICIENCIA VOLUMETRICA DE
LA BOMBA DE LODO
Ciertas operaciones de perforacin requieren precisin para calcular el volumen de lodo que se bombea, como por ejemplo:
El desplazamiento de la lechada de cemento durante la cementacin del revestidor.
Cualquier operacin de control de pozos.
Formula para calcular el desplazamiento de una bomba triplex
Desplazamiento = 0.000243 D L Eficiencia
Donde:
D: Dimetro del pistn (pulgadas)
L: Longitud de la camisa o carrera (pulgadas)
Eficiencia: en fraccin
0.000243 es una constante
Desplazamiento: bls / embolada
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GOLPETEO HIDRULICO
El golpeteo hidrulico es una de las condiciones ms crtica que pueden suceder en las bombas durante la perforacin.
Es imperativo que sea identificado y que se eliminen sus causas antes de que se produzcan graves daos en las bombas de lodo.
El golpeteo hidrulico se define como el efecto de martillo producido por el pistn durante su embolada de descarga cuando el modulo de succin y la camisa no estn completamente llenos de lodo.
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GOLPETEO HIDRULICO
Qu sucede en este momento?
Al principio de la embolada de descarga, el pistn acelera rpidamente hacia el extremo de la camisa.
Cuando el modulo de succin y la camisa no estn totalmente llenos o estn llenos de lodo cortado con gas o con aire, en lugar de hacer contacto con el lodo, y luego bombearlo, el pistn golpea contra el lodo, lo comprime a la presin de circulacin, y luego lo bombea hacia el modulo de descarga.
Este golpe transmite una onda de choque hasta todos los componentes del extremo de potencia .
Cuando el golpeteo hidrulico no es detectado, o no es corregido, sus efectos prolongados suelen ser desastrosos.
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GOLPETEO HIDRULICO
Cules son las causas del golpeteo hidrulico?
Cualquier situacin que afecte el llenado
completo del modulo de succin y de la camisa.
En orden de importancia estas pueden ser:
Una bomba de alimentacin de succin
deficiente, con empaques o impeler
desgastados.
Lodo cortado con gas o con aire.
Lnea de succin parcialmente obstruida.
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GOLPETEO HIDRULICO
Cules son las caractersticas del golpeteo hidrulico?
Un fuerte ruido intermitente en el modulo de succin.
El ruido ocurre a mitad de la embolada y no al final del recorrido del pistn.
No tiene mucho efecto sobre la presin de descarga. El amortiguador de pulsacin (damper) no disminuye el golpeteo hidrulico.
Se observan vibraciones en la lnea de succin.
El ruido es ms pronunciado con altas velocidades de bombeo.
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SISTEMA DE CIRCULACIN
La circulacin comienza en los tanques activos, los operarios preparan el lodo en los tanques. La parte esencial del sistema de circulacin es la bomba de lodo, a menudo los equipos de perforacin tienen dos bombas una principal y la otra de reserva o si las condiciones de perforacin lo requieren, el perforador puede utilizar en forma smultanea o combinar las dos bombas para la circulacin de grandes cantidades de lodo. De hecho en los pozos profundos el equipo de perforacin puede tener 3 o 4 bombas combinadas.
Las potentes bombas toman el lodo de los tanques activos y lo enva a la sarta de perforacin y a la mecha, la bomba lleva el lodo por la lnea de descarga al tubo vertical (standpipe) y a las mangueras rotativas (manguerote). El tubo vertical toma el lodo a media altura de la torre de perforacin, las manguera rotativas estn unidas al tubo vertical (standpipe). Las mangueras son fuertes y flexibles y se mueven arriba y abajo debajo de la torre unidas al cabezal giratorio (swivel), desde las mangueras rotativas la bomba mueve el lodo a travs del cabezal giratorio (swivel) a travs del cuadrante y de la sarta de perforacin.
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SISTEMA DE CIRCULACIN
En los equipos de perforacin con Top Drive el lodo se mueve por una lnea a travs del top drive y a continuacin a la sarta de perforacin.
La bomba baja el lodo por la sarta de perforacin hasta la mecha. En la mecha el lodo es expulsado a chorro por los chorros o jets de la mecha, los chorros o jets de la mecha expulsan los ripios lejos de la mecha, el lodo entonces sube por el espacio anular del pozo arrastrando con el los ripios cortados por la mecha.
Desde el espacio anular el lodo junto a los ripios van a travs de la lnea de retorno (flow line) a los equipos de control de slidos que extraen los recortes del lodo y a su vez acondicionan el lodo, entonces el lodo cae a los tanques de succin donde la bomba puede recuperarlo para continuar con el proceso de circulacin nuevamente.
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SISTEMA DE CIRCULACIN